KR101183131B1 - Novel strain scenedesmus obliquus ysr008 - Google Patents

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전병훈
지민규
황재훈
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연세대학교 원주산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A novel Scenedesmus obliquus YSR008 is provided to ensure resistance to wastewater and carbon dioxide and to enhance strain growth rate. CONSTITUTION: A microorganism formulation for treating wastewater contains Scenedesmus obliquus YSR008(KCTC 11871BP) or culture thereof. The strain has resistance to wastewater and carbon dioxide. The strain is cultured in wastewater in 10-20% carbon dioxide at 20-30 Deg. C. and pH 7-8. A method for purifying the wastewater comprises a step of reacting the microorganism formulation and wastewater. A method for carbon dioxide fixation comprises a step of fixing carbon dioxide in the strain.

Description

신균주 쎄네데스무스 오블리쿼스 ＹＳＲ008{Novel strain Scenedesmus obliquus YSR008}Novel strain Scenedesmus obliquus YSR008

본 발명은 폐수 및 이산화탄소에 내성이 높아 수 처리 또는 이산화탄소 고정화에 사용할 수 있는 신균주 쎄네데스무스 오블리쿼스 YSR008에 관한 것이다.
The present invention relates to a new strain Genedesmus obliquus YSR008 which is highly resistant to wastewater and carbon dioxide and can be used for water treatment or carbon dioxide immobilization.

산업화의 가속화에 따라 이산화탄소, 메탄, 프레온가스 등의 발생량 증가로 지구온난화가 문제시 되고 있다 [Mata, T.M., Martins, A.A., Caetano, N.S. 2010. Microalgae for biodiesel production and other applications: A review. Renew. Sust. Energ. Rev. 14: 217-232]. 또한, 이의 영향으로 지구 기후변화에 따른 국제적 수자원 부족으로 인해 물 부족 국가들이 증가하고 있는 추세이며, 현재 아프리카, 서아시아, 인도, 중국 서남부, 파키스탄, 이스라엘, 요르단, 시리아 등의 25개국에서 2025년 34개국으로 증가될 전망이다. 더불어, 세계의 물 소비량에 따른 재생 비율은 10% 미만으로 수자원의 재이용 방안 강구가 필요하며 특히, 하수, 오수, 축산폐수 등의 재이용율을 높여야 한다 (물과 미래: 지구촌의 물부족 극복문제, 2007. 건설교통부, 한국수자원공사). As globalization accelerates, global warming is becoming a problem due to the increase of carbon dioxide, methane and freon gas [Mata, TM, Martins, AA, Caetano, NS 2010. Microalgae for biodiesel production and other applications: A review. Renew. Sust. Energ. Rev. 14: 217-232. In addition, water shortage countries are increasing due to international water shortage due to global climate change. Currently, 25 countries in 25 countries including Africa, West Asia, India, Southwest China, Pakistan, Israel, Jordan, and Syria 34 It is expected to increase to countries. In addition, the recycling rate according to the world's water consumption is less than 10%, and it is necessary to find ways to reuse water resources.In particular, the reuse rate of sewage, sewage, and livestock wastewater should be increased. 2007. Ministry of Construction and Transportation, Korea Water Resources Corporation).

한편, 미세조류는 하?폐수 수질오염 정화에 높은 효율을 가지고 있으며 이의 활동으로 인해 생산된 미세조류 바이오매스는 각 조류의 g당 탄수화물, 지질 (지방산)의 함량에 따라 각각 바이오에탄올?부탄올 그리고 바이오디젤을 생산할 수 있는 신재생 에너지의 근원이다 [박재일, 우희철, 이재화, 2008. 해양조류로부터 바이오에너지 생산: 현황 및 전망. 화학공학회지. 46(5): 833-844]. 최근 국내?외에서 폐수 내 미세조류 적용연구들이 이루어지고 있으며 이의 장점들은 다음과 같다. 1) 조류의 성장 시 태양광원 및 물, 대기 중 이산화탄소만으로 성장이 가능하여 경제적이다. 2) 계속적으로 CO2를 고정시켜 탄소원을 이용 후 산소를 배출한다. 3) 폐수 내 N, P를 주영양분으로 섭취하여 수계 부영양화를 방지한다. 4) 타 바이오매스보다 단위면적 당 (특정 조류는 건조시 70 %의 지질을 함유) 지질 생산율이 15~300배 높다 [Miller, S., 2010. Minimizing land use and nitrogen intensity of bio-energy. Environ. Sci. & Technol. 44: 3932-3939]. 최근 국외에서 미세조류의 성장을 위한 질소와 인의 근원을 축산폐수 및 하?폐수에서 얻는 연구들이 진행되고 있는데, 현재 국내 균주 은행에 기탁된 일반 미세조류 균주종은 폐수에서 생육 및 생장 속도 그리고 이산화탄소 내성에 대한 자료가 부족하다. 따라서, 폐수 내성 및 빠른 영양원 제거와 동시에 생장율 (수질환경정화 질소 인 및 중금속 제거) 이 높은 종들을 확보한다면 경제적, 환경적으로 큰 이득이 될 것이다.
On the other hand, microalgae have high efficiency in purifying sewage and wastewater pollution, and the microalgal biomass produced by this activity is bioethanol, butanol and bio depending on carbohydrate, lipid (fatty acid) content per gram of each algae. Source of renewable energy to produce diesel [Park, Jae-il, Woo-cheol, Lee, Jae-hwa, 2008. Bioenergy Production from Marine Algae: Current Status and Prospect. Korean Journal of Chemical Engineering. 46 (5): 833-844]. Recently, researches on the application of microalgae in wastewater have been made at home and abroad. 1) It is economical because the growth of algae is possible only by carbon dioxide in solar light source, water and air. 2) Continuously fix CO 2 to exhaust oxygen after using carbon source. 3) Ingestion of N and P in wastewater as main nutrient prevents water eutrophication. 4) The yield of lipids is 15-300 times higher per unit area than other biomass (specific algae contains 70% lipid when dried) [Miller, S., 2010. Minimizing land use and nitrogen intensity of bio-energy. Environ. Sci. & Technol . 44: 3932-3939. Recently, studies on obtaining nitrogen and phosphorus sources from livestock wastewater and sewage and wastewater for the growth of microalgae have been carried out overseas. There is a lack of data on. Therefore, it would be economically and environmentally beneficial to secure species with high growth rates (removal of nitrogen, phosphorus and heavy metals in the water) at the same time as wastewater resistance and rapid nutrient removal.

본 발명의 목적은 하?폐수 처리장에서 유입되는 하?폐수 및 축산폐수 등을 기질로 사용하여 부영양화, 이산화탄소 고정등의 환경오염 문제를 해결할 수 있는 신규한 미세조류, 이의 배양방법 및 이의 용도를 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide a novel microalgae, a culture method thereof and its use that can solve the environmental pollution problems such as eutrophication, carbon dioxide fixed by using the wastewater and livestock wastewater introduced from the wastewater treatment plant as a substrate. It is.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폐수 및 이산화탄소 내성이 있는 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008(algae) KCTC 11871BP 균주를 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention provides a waste water and carbon dioxide resistant Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주를 폐수에서 배양하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of culturing the Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain according to the present invention in wastewater.

한 가지 실시 예에 있어서, 상기 배양은 10 내지 20%의 이산화탄소 공급 조건 하에서 실시하는 것을 특징으로 한다.
In one embodiment, the culturing is characterized in that carried out under 10 to 20% carbon dioxide supply conditions.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주 또는 이의 배양액을 포함하는 폐수 처리용 미생물 제제를 제공한다.
The present invention also provides a microbial agent for treatment of wastewater, including the Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain or a culture thereof according to the present invention.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 폐수 처리용 미생물 제제와 폐수를 반응시키는 단계를 포함하는 폐수 정화 방법을 제공한다.
The present invention also provides a wastewater purification method comprising the step of reacting the wastewater with the microbial agent for wastewater treatment according to the present invention.

본 발명은 또한 이산화탄소를 본 발명에 따른 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주 내로 고정화하는 이산화탄소의 고정화 방법을 제공한다.
The present invention also provides a method of immobilization of carbon dioxide which immobilizes carbon dioxide into the Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain according to the present invention.

본 발명은 폐수 및 이산화탄소 내성이 있는 신규한 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주를 제공하는 효과가 있다.The present invention has the effect of providing a novel Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain resistant to wastewater and carbon dioxide.

본 발명의 신균주는 폐수 내성이 강하여 폐수에 함유된 질소와 인을 직접 영양원으로 사용하므로 배양의 경제성을 크게 향상시키는 효과가 있다. 상기와 같이, 신균주는 폐수에 함유된 질소와 인을 직접 영양원으로 사용하므로 수계 부영양화의 주 원인인 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있다.The new strain of the present invention has a strong wastewater resistance, so that nitrogen and phosphorus contained directly in the wastewater are directly used as nutrients, thereby greatly improving the economic efficiency of the culture. As described above, since the new strain uses nitrogen and phosphorus directly contained in the wastewater as a nutrient source, it can effectively remove nitrogen and phosphorus, which are the main causes of aqueous eutrophication.

또한, 본 발명의 신균주는 이산화탄소 내성을 가지고 있어 이산화탄소를 고정할 수 있고, 이산화탄소를 탄소원으로 사용하여 높은 생장율을 나타내며, 이산화탄소 공급 시 질소와 인의 제거시간을 단축시킬 수 있다.
In addition, the new strain of the present invention has a carbon dioxide resistance can be fixed carbon dioxide, using a carbon dioxide as a carbon source shows a high growth rate, it can shorten the removal time of nitrogen and phosphorus when carbon dioxide supply.

도 1은 본 발명의 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주를 나타내는 사진도이다.
도 2는 본 발명의 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주의 계통수를 나타낸 것이다.
도 3은 하?폐수에서 본 발명의 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주의 질소 및 인의 제거 효과를 비교한 것이다.
도 4는 본 발명의 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주 및 이와 유사율이 높은 쎄네데스 오블리쿼스 종들의 질소와 인의 제거 효과를 비교한 것이다.1 is a photograph showing the Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain of the present invention.
Figure 2 shows the phylogenetic tree of the Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain of the present invention.
Figure 3 compares the removal effect of nitrogen and phosphorus of the Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain of the present invention in sewage waste water.
Figure 4 compares the removal effect of nitrogen and phosphorus of the Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain of the present invention and the high similarity of the Genedes obliquus species.

이하, 본 발명의 구성을 구체적으로 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the structure of this invention is demonstrated concretely.

본 발명자들은 하?폐수에 대해 내성을 갖는 미세조류 균주를 확보하기 위해 국내 다양한 조류종들을 이용한 연구를 진행하였다. 그 결과 하?폐수에 내성을 가지며, 질소와 인을 제거함과 동시에 이산화탄소에 내성이 있는 신규 종을 자연 환경으로부터 분리함으로 하?폐수 고도 수처리 적용가능 조류종을 확보함으로써 본 발명을 완성하였다. The present inventors conducted a study using various domestic bird species to secure microalgal strains resistant to sewage and wastewater. As a result, the present invention was completed by securing a new wastewater advanced wastewater treatment algae species having a resistance to sewage and wastewater, and removing nitrogen and phosphorus and separating new species resistant to carbon dioxide from the natural environment.

따라서, 본 발명은 폐수 및 이산화탄소 내성이 있는 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain that is resistant to wastewater and carbon dioxide.

본 발명의 신균주는 하천 주변에서 채취한 시료에서 미세조류 배양 배지 (BBM 배지)를 이용하여 고농도의 질소와 인을 공급하여 배양된 조류 군락으로부터 분리하였으며, 분리한 균주를 28s rDNA 시퀀싱 서열 검색에 의해 분자 유전학적인 방법으로 분석한 결과, 표준 균주인 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) AF183482.1과 98% 유사한 신균주임을 확인하였다. 보다 구체적으로, 본 발명의 신균주는 서열목록 서열번호 1의 28s rDNA 염기서열을 가지는 것을 특징으로 한다.The new strain of the present invention was isolated from the algae colony cultured by feeding a high concentration of nitrogen and phosphorus using a microalgal culture medium (BBM medium) from a sample collected around the stream, and the isolated strain was subjected to 28s rDNA sequencing sequence search. As a result of analysis by molecular genetic method, it was confirmed that the new strain was 98% similar to the standard strain Scenedesmus obliquus AF183482.1. More specifically, the new strain of the present invention is characterized by having a 28s rDNA nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.

상기 신균주는 폐수 및 이산화탄소 내성을 가지고 있어, 폐수에서 생육할 수 있고, 폐수 내 질소와 인을 영양원으로 사용하여 빠른 시간 내에 제거할 뿐만 아니라 이산화탄소를 탄소원으로 사용하여 이산화탄소를 고정할 뿐만 아니라 높은 생장율을 나타내고, 10 내지 20%의 이산화탄소를 공급하는 배양 조건 하에서 보다 빠른 시간 내에 질소와 인을 제거할 수 있다.The new strain has resistance to wastewater and carbon dioxide, can be grown in wastewater, and removes nitrogen and phosphorus in wastewater as a nutrient source in a short time, as well as fixing carbon dioxide using carbon dioxide as a carbon source, as well as high growth rate. It is possible to remove nitrogen and phosphorus in a faster time under the culture conditions supplying 10 to 20% carbon dioxide.

따라서, 본 발명자들은 상기 폐수 및 이산화탄소 내성이 있는 신균주를 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008(algae) 라 명명하고, 2011년 2 월 18 일자로 한국생명공학연구원 미생물자원센터에 기탁하여 기탁번호 KCTC 11871BP를 부여받았다.
Therefore, the present inventors named the wastewater and carbon dioxide resistant new strains as Scenedesmus obliquus YSR008 (algae), and deposited on February 18, 2011 to the Korea Institute of Bioscience and Biotechnology Microbial Resource Center Accession number KCTC 11871BP was assigned.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주를 폐수에서 배양하는 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for culturing the Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain according to the present invention in wastewater.

본 발명에 따른 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주는 고농도의 질소와 인을 포함하는 폐수에 내성이 있어 폐수 내 질소와 인을 영양원으로 사용하여 폐수를 이용한 직접 배양이 가능하다. 더욱이, 고농도의 질소와 인의 조건 하에서도 생육이 가능하여 폐수의 희석 배율 조정 없이도 배양이 가능하다. 보다 구체적으로, 9 mg/L의 질소 및 2.5 mg/L의 인의 함량을 포함하는 하?폐수환경에서도 생존할 수 있다. Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain according to the present invention is resistant to wastewater containing high concentrations of nitrogen and phosphorus, and is directly cultured using wastewater using nitrogen and phosphorus in wastewater as nutrients. This is possible. Moreover, it is possible to grow under conditions of high concentration of nitrogen and phosphorus, so that it can be cultured without adjusting the dilution ratio of waste water. More specifically, it can survive in sewage and wastewater environments containing 9 mg / L nitrogen and 2.5 mg / L phosphorus.

또한, 본 발명에 따른 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주는 이산화탄소를 탄소원으로 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 10 내지 20%의 이산화탄소 공급 조건 하에서 높은 생장율을 나타내는 특징이 있다. 일 구체예에 따르면, 이산화탄소가 공급되지 않는 배양 환경에 비해 2 배 이상의 생장율을 나타낼 수 있다.In addition, the Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain according to the present invention may use carbon dioxide as a carbon source. More specifically, it is characterized by high growth rate under carbon dioxide supply conditions of 10 to 20%. According to one embodiment, the growth rate can be more than two times compared to the culture environment is not supplied with carbon dioxide.

또한, 본 발명에 따른 신균주는 질소 가스를 질소원으로 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 80 내지 90%의 질소 가스를 공급할 경우 신균주의 높은 생장율을 얻을 수 있다.In addition, the new strain according to the present invention can use nitrogen gas as a nitrogen source. More specifically, when 80 to 90% of nitrogen gas is supplied, a high growth rate of the new strain can be obtained.

상기 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주의 배양 조건은 20 내지 30 ℃의 온도 및 pH 7 내지 8의 조건이 좋다. 보다 바람직하게는 25 내지 27 ℃, pH 7.2 내지 7.6에서 배양하는 것이 좋다.The culture conditions of the Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain is preferably a temperature of 20 to 30 ℃ and a pH of 7 to 8. More preferably it is cultured at 25 to 27 ℃, pH 7.2 to 7.6.

상술한 바와 같이, 신균주의 배양은 고농도의 질소와 인이 함유된 폐수를 직접 이용할 수 있다. 상기 폐수에서 직접 배양 시 상술한 이산화탄소 및/또는 질소 가스를 공급할 경우 신균주의 대량 생산을 얻을 수 있다.As described above, the culture of the new strain can directly use wastewater containing high concentrations of nitrogen and phosphorus. If the above-described carbon dioxide and / or nitrogen gas is supplied when directly cultured in the waste water can be obtained mass production of the new strain.

또한, 신균주의 배양은 통상의 미세조류 배양 배지에서 실시할 수 있다. 예를 들어, KH2PO4, CaCl2?2H2O, MgSO4?7H2O, NaNO3, K2HPO4, NaCl, H3BO3 및 미량원소를 함유하는 BBM 배지를 사용할 수 있다.In addition, the culture of the new strain can be carried out in a conventional microalgal culture medium. For example, KH 2 PO 4, CaCl 2 ? 2H 2 O, MgSO 4? 7H 2 O, NaNO 3, K 2 HPO 4, can be used BBM medium containing NaCl, H 3 BO 3, and trace elements.

상기 미량원소는 ZnSO4?7H2O, MnCl2?4H2O, MoO3, CuSO4?5H2O, 또는 Co(NO3)2?6H2O 등을 단독 또는 2종 이상 사용할 수 있다.
The trace element may be ZnSO 4 ~ 7H 2 O, MnCl 2 ~ 4H 2 O, MoO 3 , CuSO 4 ~ 5H 2 O, or Co (NO 3 ) 2 ~ 6H 2 O and the like can be used alone or two or more.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주 또는 이의 배양액을 포함하는 폐수 처리용 미생물 제제에 관한 것이다. The present invention also relates to a microbial agent for treatment of wastewater comprising the Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain or a culture thereof according to the present invention.

국내의 하수종말처리장은 약 430여 개로 이상으로 많은 양의 질소와 인의 성분이 그대로 수계에 방류된다. 기존 하수종말처리장의 질소와 인의 제거는 물리, 화학, 생물학적 방법 등으로 다양하게 이용되나 경제?시간적 부분의 많은 단점으로 완벽히 제거되고 있지는 못하다. There are more than 430 sewage treatment plants in Korea, and large amounts of nitrogen and phosphorus are discharged into the water system. Nitrogen and phosphorus removal in existing sewage treatment plants is used in various ways such as physical, chemical, and biological methods, but it is not completely removed due to many disadvantages of economic and time.

따라서, 본 발명의 미세조류 플랜트를 하수종말처리장 방류수 후단에 설치할 시 2차적 고도폐수처리와 동시에 조류 매스 (mass)의 수확으로 바이오연료 및 동물사료 등의 전환이 기대된다.Therefore, when the microalgae plant of the present invention is installed at the end of the sewage treatment plant effluent, biofuel and animal feed are expected to be converted to algae mass at the same time as the secondary advanced wastewater treatment.

더욱이, 본 공정 시설에 필요한 투자비와 운전비용이 대단히 낮아 이의 상용화 가능성은 매우 높다.
Moreover, the investment and operating costs required for this process facility are very low, making it very likely to be commercialized.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 폐수 처리용 미생물 제제와 폐수를 반응시키는 단계를 포함하는 폐수 정화 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a wastewater purification method comprising the step of reacting the wastewater with the microbial agent for wastewater treatment according to the present invention.

상기 폐수 처리용 미생물 제제는 폐수 내에서 질소와 인을 영양원으로 사용하므로 폐수 내 질소와 인을 효과적으로 제거할 수 있다. 일 구체예에 따르면, 9 mg/L의 질소 및 2.5 mg/L의 인이 포함된 경우, 3일 이내에 50% 이상 저감되며, 7일째에 거의 제거된다.The microbial preparation for wastewater treatment can effectively remove nitrogen and phosphorus in wastewater because nitrogen and phosphorus are used as nutrients in the wastewater. According to one embodiment, when 9 mg / L of nitrogen and 2.5 mg / L of phosphorus are included, the reduction is at least 50% within 3 days and is almost eliminated on day 7.

상기 반응을 10 내지 20%의 이산화탄소 공급 조건 하에서 실시할 경우, 이산화탄소를 제공하지 않는 조건에 비해 더 짧은 시간 내에 질소와 인을 제거할 수 있다. 이는 이산화탄소가 신균주의 생육을 촉진함으로써 단위시간당 질소와 인의 제거율을 높이는 것으로 생각된다.
When the reaction is carried out under a carbon dioxide supply condition of 10 to 20%, it is possible to remove nitrogen and phosphorus in a shorter time than a condition that does not provide carbon dioxide. This is thought to increase the removal rate of nitrogen and phosphorus per unit time by promoting carbon dioxide growth of new strains.

본 발명은 또한 이산화탄소를 본 발명에 따른 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주 내로 고정화하는 이산화탄소의 고정화 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method of immobilization of carbon dioxide which immobilizes carbon dioxide into the Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain according to the present invention.

본 발명의 신균주는 10 내지 20%의 이산화탄소 조건 하에서 생육이 촉진되며 농축 이산화탄소의 희석 배율을 크게 낮추지 않고도 신균주로의 이산화탄소 고정화가 가능하다.The new strain of the present invention promotes growth under carbon dioxide conditions of 10 to 20% and is capable of immobilizing carbon dioxide into the new strain without significantly reducing the dilution ratio of the concentrated carbon dioxide.

본 발명의 신균주로의 이산화탄소 고정화하는 방법은 다음과 같다. LNG 연료를 사용하는 산업체의 경우 배출 가스에는 독성 성분인 SOx가 없으므로 가스를 별도의 전처리 과정 없이 미세조류 배양 반응기에 직접 통과시키면 본 발명의 신균주는 CO2로부터 탄소를 영양원으로 흡수하고 산소를 내놓는다. 이 반응은 상온 및 상압 조건하에서 일어나고 광합성에 필요한 빛 에너지는 태양광을 이용하게 되므로 공정의 운전에 필요한 에너지는 배양액의 교반을 위한 것이 전부이므로 고온 및 고압에서 운전해야 하고 값비싼 촉매 및 첨가물(예: 수소)이 필요한 물리화학적인 CO2 고정화 방법에 비해 에너지 소모량이 극히 적고 공정이 단순하다. 따라서 공정 장치의 건설에 필요한 투자비와 운전 비용이 대단히 낮아 상용화 가능성은 매우 높다. 그리고, 황 성분이 포함된 일반 연료를 사용하는 산업체의 경우에는 SOx가 균주에 대해 독성을 가져 직접 공급이 곤란하지만 배기 가스로부터 CO2를 분리하는 기술은 이미 상용화되어 있어 CO2를 순수 분리한 후 공기를 사용하여 적절한 농도로 희석하여 미세조류 배양액에 통과시키면 마찬가지로 고정화할 수 있다.
The method of immobilizing carbon dioxide into the new strain of the present invention is as follows. In the case of the industry using LNG fuel, the exhaust gas does not have SOx, which is a toxic component, so when the gas is passed directly through the microalgal culture reactor without any pretreatment process, the new strain of the present invention absorbs carbon from CO 2 as a nutrient source and releases oxygen. Release. The reaction takes place at room temperature and atmospheric pressure, and the light energy required for photosynthesis uses sunlight, so the energy required for the operation of the process is all that is required for the agitation of the culture medium. Compared to the physicochemical CO 2 immobilization method requiring hydrogen, the energy consumption is extremely low and the process is simple. Therefore, the investment cost and operation cost required for the construction of the process equipment are very low, and the possibility of commercialization is very high. Further, in the case of the industries that use regular fuel containing the sulfur component, the technique of SOx is difficult to supply the toxicity directly bring about strains but remove the CO 2 from the exhaust gas it has already been commercialized and then purified to CO 2 Dilution to an appropriate concentration using air and passing through the microalgal culture can likewise immobilize.

이하, 본 발명에 따르는 실시예 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples of the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the following Examples.

<실시예 1> 신균주의 분리, 배양 및 동정Example 1 Isolation, Culture and Identification of Mycobacteria

(신균주의 분리)(Separation of myocyte strain)

강원도 원주 지역 내 하천주변에서 시료를 채취하였다. 채취 시료는 200 mL-시험관에 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 BBM 액체배지를 넣고 약 2주간 정치 배양하였다. 하?폐수의 농도는 질소?인이 각각 9 mg/L, 2.5 mg/L로 공급하며 형광등을 광원으로 하여 배양 시험관 표면에서 조도를 약 24 watt로 조절한 후 직접 배양하였다. 예비 배양한 시료 1 mL를 10 mL의 멸균 증류수가 포함된 30 mL-시험관에 넣고 잘 혼합하여 미세조류 세포를 분산시켰다. 이로부터 마이크로 피펫을 사용하여 0.1 mL의 시료를 취한 후 멸균 증류수가 포함된 시험관에 넣고 혼합하였다. 이러한 조작을 5회 반복한 후 각각의 시험관에서 약 0.1 mL의 시료를 취하고, 이를 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 조성의 BBM 배지가 놓인 페트리디쉬 (Petri dish)에 접종한 다음, 온도 25 ~ 27 ℃ 및 조도 50 μmol/㎡-sec의 배양기에서 2~3주간 정치 배양하였다. 미세조류의 콜로니 (Colony)이 나타나면 현미경으로 확인하면서 백금이를 사용하여 각각의 군락을 웰 세포 배양 플레이트 (well cell culture plate)에 옮겨 분리를 시작하였다. 각각의 홀에는 조류군락과 BBM 배지를 1:1로 하여 투여 후 10 내지 14일간 배양하였다. 일부 미생물의 성장을 억제하게 위해 본 실시예에서는 항생제 스트렙토마이신을 사용하여 조류만을 성장하도록 하였다. 이때 사용된 항생제의 양은 배지 1L 당 0.15 ㎛/ mL를 사용하였다. 일정 기간 후 각각의 홀에 배양된 콜로니를 현미경 관찰하였다. 이때 대부분의 홀에서는 특성 미세조류만 성장하며, 같은 모양을 지닌 종을 BBM 배지로 준비된 페트리디쉬에서 배양을 하였다. 일정 기간 후 배양된 조류 콜로니는 한 종류의 콜로니로 우세하게 배양되며, 이 콜로니를 채취하여 100 mL의 BBM 배지가 들어있는 250 mL-삼각 플라스크에 이식하여 본 배양을 시작하였다. Samples were collected around the river in Wonju, Gangwon-do. The collected sample was placed in a BBM liquid medium as shown in Table 1 in a 200 mL test tube, and left to incubate for about 2 weeks. Nitrogen phosphorus was supplied at 9 mg / L and 2.5 mg / L, respectively, and the concentration of wastewater was adjusted to about 24 watts on the surface of the culture test tube using a fluorescent lamp as a light source, followed by direct incubation. 1 mL of the precultured sample was placed in a 30 mL test tube containing 10 mL of sterile distilled water and mixed well to disperse the microalgal cells. From this, a 0.1 mL sample was taken using a micro pipette, and then mixed into a test tube containing sterile distilled water. After this procedure was repeated five times, about 0.1 mL of the sample was taken from each test tube, which was inoculated in a Petri dish containing BBM medium having a composition as shown in Table 2, followed by a temperature of 25 to 27 ° C. And stationary culture for 2-3 weeks in an incubator of roughness 50 μmol / m 2 -sec. When colonies of microalgae (Colony) appeared, each group was transferred to a well cell culture plate using platinum teeth while checking under a microscope, and separation was started. Each hole was incubated for 10 to 14 days after administration with 1: 1 algal colonization and BBM medium. In order to inhibit the growth of some microorganisms, in this example, antibiotic streptomycin was used to grow only algae. The amount of antibiotic used was used 0.15 ㎛ / mL per 1L of medium. After a period of time, the colonies cultured in each hole were microscopically observed. At this time, most of the holes grow only the characteristic microalgae, the same shape was incubated in Petri dishes prepared with BBM medium. After a period of time, the cultured algal colonies were predominantly cultured with one type of colony, and the colonies were harvested and transplanted into 250 mL-triangular flasks containing 100 mL of BBM medium.

Figure 112011021646689-pat00001
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(신균주의 배양)(Cultivation of mycobacteria)

상기 표 1의 BBM 배지를 이용하여 YSR008 균주를 25 내지 27 ℃, pH 7.2 내지 7.6 하에서 250 mL-삼각플라스크에 10 mL의 상기 균주를 넣고 형광교반배양기에서 약 14일간 배양을 하였다. 교반은 150 rpm으로 유지하였으며, 조도 50 μmol/㎡-sec를 유지하였다.
Using the BBM medium of Table 1, the YSR008 strain was placed in a 250 mL triangle flask at 25 to 27 ° C., pH 7.2 to 7.6, and 10 mL of the strain was incubated in a fluorescence agitator for about 14 days. Stirring was maintained at 150 rpm and roughness 50 μmol / m 2 -sec.

(신균주의 동정)(Sympathy with mycobacteria)

상기 YSR008 균주의 염기서열 분석은 28s rDNA 염기서열 시퀀스분석법으로 분석하였다. 샘플의 상태는 YSR008 균주의 콜로니가 있는 평판배지 상태로 의뢰하였으며, 의뢰 내역으로는 Extraction-gDNA, PCR Amplication에 의한 PCR 생성물을 시퀀싱(sequencing) 반응을 통해 분석하였다. 분석에 사용된 프라이머는 다음과 같다.The sequencing of the YSR008 strain was analyzed by 28s rDNA sequencing. The state of the sample was commissioned in a plate medium with colonies of YSR008 strain, and the details of the request were analyzed by sequencing reactions of PCR products by Extraction-gDNA and PCR Amplication. Primers used for analysis are as follows.

정방향 프라이머: 5'-AGCGGAGGAAAAGAAACTA-'3 (서열번호 2)Forward primer: 5'-AGCGGAGGAAAAGAAACTA-'3 (SEQ ID NO: 2)

역방향 프라이머: 5'-TACTAGA-AGGTTCGATTAGTC-'3 (서열번호 3)Reverse primer: 5'-TACTAGA-AGGTTCGATTAGTC-'3 (SEQ ID NO: 3)

28s rDNA 염기서열 분석 결과를 첨부된 서열번호에 기재하였으며, 계통학적 결과는 쥬크-캔터(Jukes-Cantor) 모델을 적용한 네이버-조이닝(Neighbour-joining) 방법에 따라 계통수(phylogenetic tree) 결과를 도 2에 나타내었다.The 28s rDNA sequencing results are described in the attached SEQ ID NO., And the phylogenetic results are shown in the phylogenetic tree results according to the neighbor-joining method using the Jukes-Cantor model. 2 is shown.

YSR008 균주의 염기서열[서열번호 1]을 NCBI에서 상동성을 조사한 결과, 하기 표 3에 나타낸 바와 같이 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) 균주로 분류되었다.As a result of examining the homology of the nucleotide sequence [SEQ ID NO: 1] of the YSR008 strain in NCBI, it was classified as a Scenedesmus obliquus strain as shown in Table 3 below.

Figure 112011021646689-pat00003
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이상에서와 살펴본 바와 같이, 본 발명에서 분리한 미세조류균은 폐수 및 이산화탄소에 내성이 있는 점을 제외하고는 형태 및 최적 온도, pH 등의 특성을 종합 고려할 때 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus)에 속하는 것으로 밝혀졌다.As described above, the microalgae isolates of the present invention are excepted for their resistance to wastewater and carbon dioxide, when considering the characteristics of the form and the optimum temperature, pH, etc., Scenedesmus obliquus ).

이에, 본 발명자들은 상기 YSR008 균주를 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008(algae)으로 명명하였고, 2011년 2월 18일자로 한국생명공학연구원 미생물자원센터에 기탁하였고, 기탁번호 KCTC 11871BP 를 부여받았다.
Therefore, the present inventors named the YSR008 strain as Scenedesmus obliquus YSR008 (algae), and deposited on February 18, 2011 to the Korea Institute of Bioscience and Biotechnology Microbial Resource Center, deposit number KCTC 11871BP Granted.

<실시예 2> 하?폐수 내성 및 질소, 인 제거 확인<Example 2> sewage and wastewater resistance and nitrogen and phosphorus removal confirmation

원주시 하수종말처리장에서 방출되는 폐수에 상기 실시예1에서 확보된 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주의 질소와 인의 제거능을 검토하기 위하여 각각 다른 유입원에 따라 조류를 씨딩(seeding)하였다. In order to examine the nitrogen and phosphorus removal ability of the Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain obtained in Example 1 in the wastewater discharged from the sewage treatment plant in Wonju, algae according to different inflow sources. Seeding.

각각의 반응조는 22 내지 25 ℃의 실내 온도를 유지하였으며, pH는 7.2 내지 7.9로 자연 상태로 유지하였고 회분 실험 형태로 진행하였다. Each reactor maintained a room temperature of 22-25 [deg.] C., a pH of 7.2-7.9, naturally maintained and proceeded in the form of a batch experiment.

도 3에서는 반응이 진행된 후 3일 내로 질소와 인의 저감이 빠르게 진행되었고,
In Figure 3, the reduction of nitrogen and phosphorus rapidly proceeded within three days after the reaction proceeds,

<비교예 1> 본 발명 균주와 유사율이 높은 종들의 질소 및 인 제거능 비교Comparative Example 1 Comparison of Nitrogen and Phosphorus Removal Capabilities of Species with High Similarity

본 발명의 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주와, 이와 유사율이 높은 쎄네데스무스 오블리쿼스 균주들의 질소와 인의 제거능을 비교하였다. 실험 조건은 실험 균주를 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하였다. Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strains of the present invention and the high similarity rate of the Genesmusmus obliquus strains were compared with nitrogen and phosphorus removal ability. Experimental conditions were carried out in the same manner as in Example 2 except for the experimental strain.

도 4에 나타난 바와 같이, 실험 균주들은 모두 3일 이내에 질소와 인의 저감이 빠르게 진행되었고, 이들 균주 중 질소와 인의 저감율은 본 발명 균주에서 가장 높았다.
As shown in FIG. 4, all of the experimental strains rapidly reduced nitrogen and phosphorus within 3 days, and the reduction rate of nitrogen and phosphorus was the highest among the strains of the present invention.

<실시예 3> 이산화탄소 적용테스트Example 3 Carbon Dioxide Application Test

상기 실시예 2와 동일한 실험방법으로 15% 합성 CO2 (CO2 15%, N2 85%) 주입하여 실험결과, 표 4에 나타난 바와 같이, 미세조류 바이오매스의 양이 약 2배 증가하였다.In the same experimental method as in Example 2, 15% synthetic CO 2 (CO 2 15%, N 2 85%) was injected, and as shown in Table 4, the amount of microalgal biomass was increased by about 2 times.

Figure 112011021646689-pat00004
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한국생명공학연구원Korea Biotechnology Research Institute KCTC11871BPKCTC11871BP 2011021820110218

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Claims (9)

폐수 및 이산화탄소 내성이 있는 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주.
 Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain resistant to wastewater and carbon dioxide.
제1항에 따른 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주를 폐수에서 배양하는 방법.
Method of culturing Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain according to claim 1 in wastewater.
제2항에 있어서,
배양은 10 내지 20%의 이산화탄소 공급 조건 하에서 실시하는 방법.
The method of claim 2,
Cultivation is carried out under 10-20% carbon dioxide supply conditions.
제2항에 있어서,
배양은 20 내지 30 ℃의 온도 및 pH 7 내지 8의 조건에서 실시하는 방법.
The method of claim 2,
Cultivation is carried out at a temperature of 20 to 30 ℃ and conditions of pH 7-8.
제1항에 따른 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008(algae) KCTC 11871BP 균주 또는 이의 배양액을 포함하는 폐수 처리용 미생물 제제.
Microbial preparation for wastewater treatment according to claim 1 scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain or a culture thereof.
제5항에 따른 폐수 처리용 미생물 제제와 폐수를 반응시키는 단계를 포함하는 폐수 정화 방법.
A wastewater purification method comprising the step of reacting the wastewater treatment with the microbial agent for wastewater treatment according to claim 5.
제6항에 있어서,
반응은 10 내지 20%의 이산화탄소 조건 하에서 실시하는 폐수 정화 방법.
The method of claim 6,
The wastewater purification method is carried out under the conditions of 10 to 20% carbon dioxide.
이산화탄소를 제1항에 따른 쎄네데스무스 오블리쿼스(Scenedesmus obliquus) YSR008 (algae) KCTC 11871BP 균주 내로 고정화하는 이산화탄소의 고정화 방법.
Method of immobilization of carbon dioxide immobilized carbon dioxide into Scenedesmus obliquus YSR008 (algae) KCTC 11871BP strain according to claim 1.
제8항에 있어서,
이산화탄소의 농도는 10 내지 20%인 이산화탄소의 고정화 방법.
The method of claim 8,
The carbon dioxide concentration is 10 to 20% of the carbon dioxide immobilization method.
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